Mri兼容電極電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在磁共振成像(MRI)環(huán)境中使用的帶有組織接觸(tissuecontacting)電極的醫(yī)療設(shè)備，并且具體地涉及一種用于減弱在MRI掃描過程中施加于這種設(shè)備上的電磁場的方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]MRI作為診斷性成像模式、并且日益作為介入性成像模式已經(jīng)取得成功。MRI較其他成像模式(如X射線)的主要好處包括優(yōu)越的軟組織成像以及避免患者暴露于X射線產(chǎn)生的電離輻射下。MRI的優(yōu)越的軟組織成像能力對于診斷性成像提供了很大的臨床效益。類似地，傳統(tǒng)上使用X射線成像用于引導(dǎo)的介入性治療一直從MRI軟組織成像能力獲益匪淺。此外，用MRI引導(dǎo)消除了患者顯著暴露于和傳統(tǒng)X射線引導(dǎo)的介入性治療相關(guān)聯(lián)的電離輻射下。
[0003]MRI使用三個(gè)場來使患者解剖結(jié)構(gòu)成像:大的靜磁場、時(shí)變梯度磁場以及射頻(RF)電磁場。靜磁場和時(shí)變梯度磁場配合工作，以建立與靜磁場的質(zhì)子對準(zhǔn)并且還有患者內(nèi)的空間相關(guān)性質(zhì)子自旋頻率(共振頻率)。在共振頻率下施加的RF場干擾初始對準(zhǔn)，從而使得當(dāng)質(zhì)子弛豫返回至其初始對準(zhǔn)時(shí)，弛豫事件發(fā)出的RF可以被檢測到，并且被處理以產(chǎn)生圖像。
[0004]當(dāng)醫(yī)療設(shè)備靠近或者在外部或內(nèi)部與患者組織接觸時(shí)，與MRI相關(guān)聯(lián)的三個(gè)場中的每個(gè)場給患者帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)重要的安全風(fēng)險(xiǎn)是MRI掃描儀的RF場與醫(yī)療設(shè)備(特別是具有細(xì)長的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)并且電極與組織接觸的醫(yī)療設(shè)備，如起搏器和植入性心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器(I⑶)導(dǎo)線中的電極絲(electrode wire)、導(dǎo)絲和導(dǎo)管)之間的相互作用可能引起的發(fā)熱(RF感應(yīng)發(fā)熱)。因此，隨著為更多的患者提供植入性醫(yī)療設(shè)備，并且隨著MRI診斷性成像的使用繼續(xù)盛行和增長，對MRI環(huán)境中的安全設(shè)備的需求增加。
[0005]正在開發(fā)多種MRI技術(shù)作為用于引導(dǎo)介入性治療的X射線成像的替代方案。例如，隨著醫(yī)療設(shè)備在介入性治療過程中前進(jìn)通過患者的身體，可以跟蹤其進(jìn)度，從而使得設(shè)備能夠被正確地遞送到目標(biāo)位點(diǎn)。一旦被輸送到目標(biāo)位點(diǎn)，能夠監(jiān)測設(shè)備和患者組織以改進(jìn)治療遞送。因此，跟蹤醫(yī)療設(shè)備的位置在介入性治療中是有用的。示例性介入性治療包括例如心臟電生理治療，包括用于診斷心律失常的診斷治療和消融治療(如心房顫動消融、心室性心博過速消融、心房撲動消融、沃-帕-懷綜合征(Wolfe Parkinson White Syndrome)消融、AV節(jié)點(diǎn)消融、SVT消融等等)。使用MRI跟蹤醫(yī)療設(shè)備的位置還在腫瘤治療中是有用的，如乳房、肝和前列腺腫瘤消融；并且在泌尿治療中是有用的，如子宮肌瘤和前列腺腫大消融。
[0006]MRI環(huán)境下與電極絲相關(guān)聯(lián)的RF感應(yīng)發(fā)熱安全風(fēng)險(xiǎn)由RF場與電極絲之間的耦合引起。在這種情況下，存在與加熱相關(guān)的狀況。存在一種狀況，因?yàn)殡姌O絲通過電極與組織電接觸。電極絲中的RF感應(yīng)電流可以通過電極被遞送到組織內(nèi)，從而在組織中產(chǎn)生高電流密度和相關(guān)聯(lián)的焦耳或歐姆組織發(fā)熱。并且，電極絲中的RF感應(yīng)電流可以引起附近組織中的RF能量的局部特定吸收增加，從而升高組織的溫度。前述現(xiàn)象被稱為電介質(zhì)發(fā)熱。即使電極絲不與組織電接觸(例如，如果電極與組織絕緣或者如果不存在電極)也可能發(fā)生電介質(zhì)加熱。此外，電極絲中的RF感應(yīng)電流可能在電極絲本身內(nèi)引起歐姆發(fā)熱，并且所產(chǎn)生的熱量可能傳遞至患者。在這種情況下，重要的是既減少電極絲中存在的RF感應(yīng)電流，也限制遞送至周圍組織的電流。
[0007]用于試圖解決前述問題的方法和設(shè)備是已知的。例如，高阻抗電極絲限制電流并且減少RF感應(yīng)電流；放置在絲/電極接口處的共振LC濾波器可以減少通過電極輸送至身體的電流，放置在絲/電極接口處的非共振部件也可以減少傳輸至身體的電流；并且同徑向電極絲可以用于沿著絲的長度提供分布式電抗，從而增大絲的阻抗并且減少感應(yīng)電流量。
[0008]雖然前述內(nèi)容試圖減少RF感應(yīng)發(fā)熱，但仍然有很大的問題。例如，高阻抗電極絲限制電極絲的功能性并且不允許有效消融、起搏或傳感。放置在絲/電極接口處的共振LC濾波器內(nèi)在地在共振部件內(nèi)產(chǎn)生大電流強(qiáng)度，從而引起濾波器本身發(fā)熱，有時(shí)超過200°C。此外，絲/電極接口處的共振LC濾波器能夠引起電極絲上的感應(yīng)電流的強(qiáng)反射，并且可以引起使絲本身的溫升增大的駐波，和/或在電極絲附近引起增大的電介質(zhì)發(fā)熱，這進(jìn)而將周圍的組織加熱至可能不能接受的水平，并且可能融化對其進(jìn)行容納的導(dǎo)管或?qū)Ь€本體。單獨(dú)的非共振部件不提供足夠的衰減來將感應(yīng)電流減少至安全水平。此外，如果導(dǎo)體截面面積太小，這些部件將經(jīng)歷溫升。雖然具有分布式電抗的電極絲(即，盤繞絲)可以減少絲上的感應(yīng)電流，但其不足以阻止絲上的感應(yīng)電流通過電極離開絲。因此，雖然盤繞絲可以工作一定短的長度或距離，在需要較長長度或距離的情況下，盤繞絲自己不提供足夠的阻抗來阻止電流。
[0009]用于減少醫(yī)療設(shè)備(尤其是具有諸如電極絲之類的細(xì)長的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的那些醫(yī)療設(shè)備)中的RF感應(yīng)發(fā)熱的當(dāng)前技術(shù)是不足的。因此，新的電極絲構(gòu)造和導(dǎo)線或?qū)Ч芸偝墒潜匾模钥朔F能量衰減不足的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的MR兼容電極電路通過提供用于通過減弱醫(yī)療設(shè)備中由MRI感應(yīng)的RF電流來減少組織的RF感應(yīng)發(fā)熱的改進(jìn)設(shè)備和方法解決了傳統(tǒng)電極絲構(gòu)造的缺陷。
[0011]在本發(fā)明的一方面，提供了一種MRI兼容電極電路，該電極電路解決了當(dāng)前技術(shù)的局限性，如RF能量衰減不足。
[0012]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種電極電路構(gòu)造，該電極電路構(gòu)造保持了物理撓性、可操縱性以及彎曲能力。
[0013]在一方面，本發(fā)明是被適配為可用在植入式或介入性導(dǎo)線或?qū)Ч芸偝芍械碾娐?。每個(gè)電路包括由單絲構(gòu)造的多個(gè)濾波器部件。
[0014]在另一方面，濾波器部件包括兩個(gè)濾波器部件。一個(gè)濾波器部件可以是在電極/絲接口處或其附近的、通過有效地阻止絲上的RF感應(yīng)電流通過電極離開絲來解決衰減不足問題的共振濾波器。第二濾波器部件可以包括沿著絲的長度定位的、通過在絲上的感應(yīng)電流到達(dá)共振LC濾波器之前使其顯著減弱來解決共振LC濾波器過熱問題的一個(gè)或多個(gè)非共振濾波器或電感器。非共振濾波器還可以使從共振LC濾波器反射的RF電流減弱，由此解決共振濾波器的強(qiáng)反射功率的問題和相關(guān)聯(lián)的電介質(zhì)發(fā)熱。
[0015]在另一方面，非共振濾波器可以包括出于在仍然允許設(shè)備彎曲的同時(shí)比單個(gè)濾波器自己提供更大衰減的目的而放置成極為貼近(如在大致Icm或更小以內(nèi))的多個(gè)(多重)電感器。
[0016]在另一方面，可以形成被放置成極為貼近的多個(gè)非共振濾波器以產(chǎn)生分布式電抗。例如，兩條同徑向纏繞的電極絲可以產(chǎn)生分布式電抗。在替代性實(shí)施例中，三條或更多條同徑向纏繞的電極絲可以包括產(chǎn)生分布式電抗。進(jìn)一步的替代性實(shí)施例可以包括兩條或更多條同軸纏繞的絲用于電極。
[0017]在另一方面，新穎電極電路可以包括單條絲，由此消除了對鍵合點(diǎn)的需求，降低了絲機(jī)械故障的可能性。
[0018]在另一方面，電極絲具有截面面積，從而使得在例如1.5T MRI的64MHz的MR工作頻率下絲的電阻率低到足夠確保絲的發(fā)熱是最小的。
[0019]在另一方面，電極電路和集成部件可以被構(gòu)造為被集成到1F或更小的導(dǎo)管內(nèi)。
[0020]在另一方面，電極電路可以用于植入式醫(yī)療設(shè)備中，如I⑶、起搏器、神經(jīng)刺激器等等。
[0021]在另一方面，導(dǎo)管或?qū)Ь€裝配(lead assembly)包括具有第一末端和第二末端的細(xì)長的本體。細(xì)長的本體在其中限定管腔，管腔接納第一電路和第二電路。第一電路和第二電路各自包括沿著其長度形成多個(gè)濾波器的電極絲。位于細(xì)長的本體的遠(yuǎn)端處的尖端電極耦接至第二電極絲。細(xì)長的本體在第一末端和尖端電極的近端還包括環(huán)形電極。該環(huán)形電極電耦接至第一絲。細(xì)長的本體的第二末端可操作地耦接至本體的外部或者內(nèi)部的電子控制設(shè)備。在另一方面，第二末端附接至用于感測心臟活動的放大器以及用于刺激心臟組織的起搏電路。第二末端還可以連接至RF消融發(fā)生器，以使例如心臟組織消融。一個(gè)由每條電極絲形成的濾波器可以是在電極/絲接口處或其附近、通過有效地阻止絲上的RF感應(yīng)電流通過電極離開絲來解決衰減不足問題的共振LC濾波器。由每條電極絲形成的第二濾波器可以包括沿著細(xì)長的本體的長度定位的、通過在絲上的感應(yīng)電流到達(dá)共振LC濾波器之前使其減弱來解決共振LC濾波器過熱問題的一個(gè)或多個(gè)非共振濾波器或電感器。非共振濾波器還可以使從共振LC濾波器反射的RF電流減弱，由此解決共振濾波器的反射功率強(qiáng)的問題和相關(guān)聯(lián)的電介質(zhì)發(fā)熱。
[0022]在另一方面，導(dǎo)線裝配包括具有第一末端和第二末端的細(xì)長的本體。多個(gè)電極位于細(xì)長的本體的遠(yuǎn)端處。多個(gè)電極可以包括尖端電極和任何數(shù)量的環(huán)形電極或者可以包括多個(gè)環(huán)形電極。細(xì)長的本體在其中進(jìn)一步限定管腔，管腔接納多個(gè)電路。包括多個(gè)電路的每條單獨(dú)的電極絲形成多個(gè)沿著其長度分布的非共振濾波器或電感器。細(xì)長的本體的第二末端可以可操作地耦接至本體的外部或內(nèi)部的電子控制設(shè)備、用于感測心臟活動的放大器、RF消融發(fā)生器等等。包括多條電極絲的每個(gè)單獨(dú)的電路還形成在細(xì)長的本體的遠(yuǎn)端或在電極/絲接口處或附近的、被定位在細(xì)長的本體的管腔內(nèi)的共振LC濾波器。
[0023]在另一方面，